Unterrichtsmaterialien Physik: Ganze Werke Seite 9/20
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Physik
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Die Reibung beim schiefen Wurf
Diese Unterrichtseinheit behandelt den schiefen Wurf, wie er z. B. beim Ballsport auftritt. Wenn man den Einfluss des Luftwiderstands vernachlässigt, ist die Flugbahn, die ein Körper beim Wurf in einem homogenen Schwerefeld beschreibt, parabelförmig. Der schiefe Wurf stellt dabei den Regelfall dar – waagerechter und senkrechter Wurf sind Ausnahmefälle. In diesem Beitrag wird außerdem noch die Reibung berücksichtigt.
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Fragen
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MINT Zirkel - Ausgabe 1, Januar 2021
Wer sich einmal gefragt hat, wie die Erforschung der Viren begann, ein Abschleppdienst im All aussehen könnte und wie man erfolgreich einen MINT-Cup in der Schule organisiert und umsetzt wird in der aktuellen Ausgabe fündig. Diese und weitere spannende Artikel erwarten euch. Zusätzlich dürft ihr euch auch über ein kleines KI-Rätsel und zwei Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Verwendung digitaler Modelle im naturwissenschaftlichen Unterricht“ und „MINT-Cup organisieren und umsetzen“ freuen. Probiert es doch mal aus!
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Kinematik
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So entsteht ein Schlagloch
Wie entsteht ein Schlagloch im Asphalt? Wodurch wird es sichtbar, und welche Rolle spielt die Witterung?
Verwandte Themen
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Die Trojaner
Die Schüler lernen mithilfe des sog. kreisförmig eingeschränkten Dreikörperproblems und des Hebelgesetzes Fakten über das System Sonne-Jupiter und Saturn, also über den Schwerpunkt des Systems, kennen. Ferner bekommen sie Kenntnisse über Asteroiden, insbesondere über die sog. Trojaner mit Bahnbestimmungselementen. Dabei spielt das 3. Gesetz von Kepler eine besondere Rolle, gelingt es doch damit z. B. die Masse eines Trojaners zu bestimmen. Tiefergehend geht es dann um die exakte Lösung des Dreikörperproblems – unter der oben genannten Bedingung – nach Lagrange. Hier im Beitrag beschränken wir uns auf die Lagrangepunkte L4 und L5 .
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Der lineare Potenzialtopf
Sobald der Aufenthaltsbereich eines Elektrons räumlich begrenzt wird, kann dieses nur noch ganz bestimmte Geschwindigkeiten annehmen – die Energie des Elektrons ist gequantelt. Mithilfe des einfachen Modells des linearen Potenzialtopfes nähern sich Ihre Schüler diesem erstaunlichen Phänomen, das weitreichende Konsequenzen für die Physik der kleinsten Teilchen hat.
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Die elastische Schraubenfeder
Die Schüler lernen den vielfältigen Einsatz von Schraubenfedern in der Praxis kennen. Dieser erlaubt verschiedene physikalische Sichtweisen, wie z. B. die Wirkungsweise in Form von Diagrammen aufzuzeigen, Berechnungen hinsichtlich ihrer Dehnbarkeit zuzulassen, aber auch Betrachtungen über damit verbundene Energieumwandlungen anzustellen. Schraubenfedern lassen sich miteinander kombinieren und können auch als schwingungsfähige Elemente dargestellt und behandelt werden.
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Die Gesetze von Kepler
Damit Ihre Schüler die Leistung Johannes Keplers verstehen, machen sie zuerst ein Ausflug in das bestehende Weltbild zu Kepler‘s Zeit und in die Zeit zuvor. Anschließend gewinnen sie einen Einblick in Kepler‘s Leben und Wirken, das seinen Höhepunkt in der Formulierung und Niederschrift der drei Gesetze findet, die bis heute eine wichtige Basis für astronomische Berechnungen darstellen. Den Umgang mit diesen Gesetzen vertiefen Ihre Schüler durch eine Reihe von Aufgaben, bevor sie ihr erworbenes Wissen noch anhand einer Lernerfolgskontrolle testen können.
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Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße
Im Zentrum unserer Heimatgalaxie befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch, das mehrere Millionen Sonnenmassen auf die Waage bringt. Für den Nachweis und die Erforschung dieses Schwerkraftmonsters wurden dem deutschen Astrophysiker Reinhard Genzel der Nobelpreis für Physik 2020 verliehen. Dieser Beitrag nähert sich dieser Thematik mit kontextorientierten Arbeitsblättern zur Physik von Schwarzen Löchern. Insbesondere bestimmen die Lernenden mit Hilfe des Orbits des Sterns S2 die Masse, den Durchmesser und das Aussehen des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße.
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Naturwissenschaften, Sport und Ernährung
Sport und gesunde Ernährung sind Themen, die besonders Jugendliche interessieren. Das Heft zeigt Praxisideen, wie Sie dieses Interesse für Ihren Unterricht nutzen können. Dabei geht es um Nährstoffe, Energie und Bewegung. Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich u.a. mit dem Nährstoff- und Energiegehalt von Lebensmitteln oder erfahren, dass der Physikunterricht auch in der Sporthalle stattfinden kann. Aus dem Inhalt: Mit dem Fahrradkraftwerk Strom erzeugen; Hauptnährstoffe nachweisen; Motivierende Wettkämpfe in der Mechanik; Für alle Fälle: Experimente mit Dampfbooten, Flummis und Halfpipes; Unterrichtsidee: Ein Kriminalfall in der Jungsteinzeit; Diagnostik: Salzburger Lesescreening für die Schulstufen 2–9.
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Voyager 2 und die Größe des Sonnensystems
1977 trat die NASA-Raumsonde Voyager 2 ihre Reise zu den Planeten unseres Sonnensystems an. Doch die Sonde liefert auch jenseits der Planeten noch Hinweise über das Sonnensystem.
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Sonnen- und Mondjahr
Die griechischen Gelehrten der Antike kannten den Unterschied zwischen Sonnen- und Mondjahr. Während die Erde im Verlauf eines Jahres einmal um die Sonne läuft, dreht sich der Mond etwa zwölf Mal um die Erde.
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Der Doppelstern KIC 9832227
Ihre Schüler lernen am Beispiel des engen Doppelsternsystems KIC 9832227 die Physik der Doppelsterne kennen. Sie stellen Berechnungen zu den Zustandsgrößen der beiden Sterne an und untersuchen die Dynamik im System. Viele wichtige Gleichungen der Astrophysik werden in diesem aufregenden Kontext angewandt. Dabei lernen Ihre Schüler auch, dass es in der Astronomie sinnvoll ist, andere Sterne, z. B. die Sonne, als Bezugskörper zu wählen.
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Reflexion und Brechung – Aufgaben
In dem vorliegenden Unterrichtsmaterial wiederholen die Schüler die wichtigsten Begriffe der geometrischen Optik: die Reflexion (einschließlich Totalreflexion) und die Brechung. Der Schwerpunkt liegt jedoch auf der Bearbeitung von Übungsaufgaben zu diesem Themenbereich.
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Mit Kräften rechnen – Praxisaufgaben
Der Beitrag führt Ihre Schüler an den abstrakt erscheinenden Begriff der Kraft in verschiedenen Betrachtungssituationen heran. Es werden Beispiele aus den verschiedensten Bereichen der Physik als Auswahl angeboten. Hier können Schüler sich neben einer mehr oder weniger intensiven Wiederholung auch bei verstärktem Interesse z. B. in Form eines Aufbau- oder Zusatzkurses tiefer in das Gebiet einarbeiten. Das letzte Material stellt einen allgemeinen Mix des behandelten Themas dar und eignet sich als Auffrischung zu diesem Thema bzw. als mündliche Prüfung.
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Die große Konjunktion und die Goldene Zahl
Ausgehend von der größten Konjunktion, der gemeinsamen Opposition von Jupiter und Saturn, verfolgen Ihre Schüler den Verlauf der beiden Planeten auf ihren Bahnen so lange, bis wieder eine Opposition des jeweiligen Planeten eintritt. Auf diese Weise ergeben sich Winkel bzw. zurückgelegte Bögen auf den Umlaufbahnen, deren genaue Analyse Ihre Schüler zum Goldenen Schnitt bzw. zur Goldenen Zahl führen. Das faszinierende Himmelsereignis einer großen Konjunktion können Ihre Schüler am Computerbildschirm nachverfolgen und so zumindest virtuell daran teilhaben.
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MINT Zirkel – Ausgabe 4, Dezember 2020
Mädchen für MINT-Berufe begeistern, Green IT, Materie und Antimaterie. In dieser Ausgabe haben wir wieder spannende Artikel zu diesen Themen und noch vielen weiteren zusammengetragen. Zusätzlich dürft ihr euch auch auf tolle Arbeitsblätter zur Ergänzung der Artikel „Green IT - Mehr als nur Stromsparen“, "Was bewirkt die Vermittlung von finanzieller Grundbildung in der Schule?", "Technik des Elektroantriebs im Unterricht" und "„Girls’ Digital Camps“ – Mädchen für MINT-Berufe begeistern" freuen.
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Teilchenphysik
Elementarteilchen – ein Thema, das viele Menschen fasziniert. Die Fragen nach dem Woher und Wohin des Universums sowie nach den elementaren Bausteinen und Wechselwirkungen der Materie sind die Triebfeder für aufwendige Experimente. Die Erforschung der Elementarteilchen bedeutet, zum Allerkleinsten vorzudringen, zugleich Einblick in die Vergangenheit des Universums zu gewinnen sowie heutige Boten aus dem Weltall zu vermessen. Dennoch bleiben ungeklärte Fragen, welche die Elementarteilchenphysik zu einem dankbaren Thema machen, um die Neugier der Jugendlichen anzuregen und ihnen neue Welten zu eröffnen. Dieses Heft liefert Ihnen Fachinformationen und Ideen, um Aspekte der Teilchenphysik im Unterricht kompetent und interessant zu unterrichten Sie finden in diesem Heft u.a. fundierte fachliche Informationen zur Teilchenphysik, Betrachtungen zu Potenzialen der Teilchenphysik für den Unterricht, didaktische Ideen zu Aspekten der theoretischen und der experimentellen Teilchenphysik (Feynman-Diagramme und Neutrinooszillationen) sowie vielfältige und erprobte Unterrichtskonzepte, -materialien und -elemente zu verschiedenen Bereichen der Teilchenphysik. Darüber hinaus bietet Ihnen dieses Heft auch Ideen für Experimente zu Solarzellen sowie zu akustischen Schwingungen.
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Beugung am Doppelspalt
Der Oberstufenbeitrag für den Physikunterricht handelt von dem berühmten Doppelspaltexperiment, der klassischen Wellenoptik und der Beugung einzelner Quantenobjekte. Mit Experimenten und zum Selbstlernen geeigneten Aufgabenblättern bringen Sie Ihrer Klasse wichtige Kernaussagen der Quantenmechanik näher. Sie festigen das Verständnis der Lernenden durch interessante Rechenaufgaben und den Einsatz einer Lernerfolgskontrolle. Mit einfachen Erklärungen schaffen Sie ein leichteres Verständnis und ideale Voraussetzungen für die Prüfung.
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Wie funktioniert autonomes Fahren?
Autonomes Fahren - darunter stellt man sich Autos vor, die vollkommen selbstständig fahren. Bis so ein Fahrzeug beim Händler steht, bedarf es noch Entwicklungsarbeit. Man unterscheidet fünf Entwicklungsstufen.
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Der Mainau-Planetenweg
Der Planetenweg auf der Insel Mainau bot einen anwendungsorientierten Einstieg in die Astronomie, auch wenn er nur im Jahr 2019 eingerichtet war, sich also nicht mehr besuchen lässt. Die Größe und Position der Planeten konnten die Schüler anhand der dort ausgestellten Planetenmodelle bestimmen. Heute kann man zwar Planetenwege in Konstanz oder Kreuzlingen besuchen. Diese sind aber längst nicht so spektakulär wie der Planetenweg auf der Mainau. Trotzdem eignet sich die Unterrichtseinheit für Projekttage.
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Eine Einführung in die Atomphysik
Aufbauend auf der historischen Entwicklung des Atombegriffs werden die grundlegenden Versuche zur Abschätzung der Größenordnungen des Atoms vorgestellt. Ausgehend von diesen Versuchen wird die Entwicklung der Atomvorstellung präsentiert bis hin zum modernen Atommodell. Der erarbeitete Stoff wird durch eine Reihe von Aufgaben gefestigt und im Anschluss durch ein Beispiel einer Lernerfolgskontrolle überprüft.
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Ist der Sommer länger als der Winter?
Im Spätsommer wird das Getreide geerntet. Im Winter liegen die Felder brach. Für Landwirte spielt es eine wichtige Rolle, welche Jahreszeit gerade ist. Manchem kommt es so vor, als dauere der Winter ewig. Sind die Jahreszeiten unterschiedlich lang und wenn ja, warum? Gehen Sie dieser Frage in einem problemorientierten Physikunterricht nach: Ihre Schüler stellen Hypothesen auf. Sie ergründen die Ursache für die unterschiedliche Länge der Jahreszeiten, indem sie Schlussfolgerungen aus den Kepler’schen Gesetzen ziehen. Anschließend vollziehen sie ihre Ergebnisse mithilfe des Gravitationsgesetzes auch rechnerisch nach.
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Kraftstoß, Energie- und Impulserhaltung
Es ist immer wieder faszinierend, den Start einer Weltraumrakete zu beobachten. Aber auch andere Phänomene ziehen das Interesse auf sich. So bewegen sich im Weltraum mit hohen Geschwindigkeiten große Asteroiden, von denen wir hoffen, dass sie an der Erde vorbeifliegen. Der die Erde umgebende Weltraum wird permanent und lückenlos überwacht. Renommierte Wissenschaftler liebäugeln mit der Idee, einen Asteroiden mit schweren Gesteinsbrocken zu beschießen; denn jeder Zusammenstoß mit dem Asteroiden – und seien die stoßenden Massen noch so unterschiedlich groß – überträgt auf diesen einen Impuls, der zu einer – wenn auch minimalen, aber vielleicht doch entscheidenden – Kurskorrektur führt.
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